C++的运算符重载介绍

所谓重载，就是赋予新的含义。函数重载（Function Overloading）可以让一个函数名有多种功能，在不同情况下进行不同的操作。运算符重载（Operator Overloading）也是一个道理，同一个运算符可以有不同的功能。

实际上，我们已经在不知不觉中使用了运算符重载。例如，+号可以对不同类型（int、float 等）的数据进行加法操作；<<既是位移运算符，又可以配合 cout 向控制台输出数据。

C++ 本身已经对这些运算符进行了重载。C++ 也允许程序员自己重载运算符，这给我们带来了很大的便利。

下面的代码定义了一个复数类，通过运算符重载，可以用+号实现复数的加法运算：

    #include <iostream>
    using namespace std;
    class complex{
    public:
        complex();
        complex(double real, double imag);
    public:
        //声明运算符重载
        complex operator+(const complex &A) const;
        void display() const;
    private:
        double m_real;  //实部
        double m_imag;  //虚部
    };
    complex::complex(): m_real(0.0), m_imag(0.0){ }
    complex::complex(double real, double imag): m_real(real), m_imag(imag){ }
    //实现运算符重载
    complex complex::operator+(const complex &A) const{
        complex B;
        B.m_real = this->m_real + A.m_real;
        B.m_imag = this->m_imag + A.m_imag;
        return B;
    }
    void complex::display() const{
        cout<<m_real<<" + "<<m_imag<<"i"<<endl;
    }
    int main(){
        complex c1(4.3, 5.8);
        complex c2(2.4, 3.7);
        complex c3;
        c3 = c1 + c2;
        c3.display();
        return 0;
    }

运行结果：6.7 + 9.5i

本例中义了一个复数类 complex，m_real 表示实部，m_imag 表示虚部，第 10 行声明了运算符重载，第 21 行进行了实现（定义）。

认真观察这两行代码，可以发现运算符重载的形式与函数非常类似。运算符重载其实就是定义一个函数，在函数体内实现想要的功能，当用到该运算符时，编译器会自动调用这个函数。

也就是说，运算符重载是通过函数实现的，它本质上是函数重载。运算符重载的格式为：

返回值类型 operator 运算符名称 (形参表列){
    //TODO:
}

operator是关键字，专门用于定义重载运算符的函数。我们可以将operator 运算符名称这一部分看做函数名，对于上面的代码，函数名就是operator+。

运算符重载函数除了函数名有特定的格式，其它地方和普通函数并没有区别。

上面的例子中，我们在 complex 类中重载了运算符+，该重载只对 complex 对象有效。当执行c3 = c1 + c2;语句时，编译器检测到+号左边（+号具有左结合性，所以先检测左边）是一个 complex 对象，就会调用成员函数operator+()，也就是转换为下面的形式：

c3 = c1.operator+(c2);

c1 是要调用函数的对象，c2 是函数的实参。上面的运算符重载还可以有更加简练的定义形式：

    complex complex::operator+(const complex &A)const{
        return complex(this->m_real + A.m_real, this->m_imag + A.m_imag);
    }

return 语句中的complex(this->m_real + A.m_real, this->m_imag + A.m_imag)会创建一个临时对象，这个对象没有名称，是一个匿名对象。在创建临时对象过程中调用构造函数，return 语句将该临时对象作为函数返回值。

在全局范围内重载运算符

运算符重载函数不仅可以作为类的成员函数，还可以作为全局函数。更改上面的代码，在全局范围内重载+，实现复数的加法运算：

    #include <iostream>
    using namespace std;
    class complex{
    public:
        complex();
        complex(double real, double imag);
    public:
        void display() const;
        //声明为友元函数
        friend complex operator+(const complex &A, const complex &B);
    private:
        double m_real;
        double m_imag;
    };
    complex operator+(const complex &A, const complex &B);
    complex::complex(): m_real(0.0), m_imag(0.0){ }
    complex::complex(double real, double imag): m_real(real), m_imag(imag){ }
    void complex::display() const{
        cout<<m_real<<" + "<<m_imag<<"i"<<endl;
    }
    //在全局范围内重载+
    complex operator+(const complex &A, const complex &B){
        complex C;
        C.m_real = A.m_real + B.m_real;
        C.m_imag = A.m_imag + B.m_imag;
        return C;
    }
    int main(){
        complex c1(4.3, 5.8);
        complex c2(2.4, 3.7);
        complex c3;
        c3 = c1 + c2;
        c3.display();
        return 0;
    }

运算符重载函数不是 complex 类的成员函数，但是却用到了 complex 类的 private 成员变量，所以必须在 complex 类中将该函数声明为友元函数。

当执行c3 = c1 + c2;语句时，编译器检测到+号两边都是 complex 对象，就会转换为类似下面的函数调用：

c3 = operator+(c1, c2);

小结

虽然运算符重载所实现的功能完全可以用函数替代，但运算符重载使得程序的书写更加人性化，易于阅读。运算符被重载后，原有的功能仍然保留，没有丧失或改变。通过运算符重载，扩大了C++已有运算符的功能，使之能用于对象。